吳威 李勇 唐偉 李羅文

摘要：主要介紹了一種新型偏航驅(qū)動(dòng)孔的焊接修復(fù)工藝，包括焊接工藝試驗(yàn)、風(fēng)場驗(yàn)證等一系列過程。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);球墨鑄鐵焊接;驅(qū)動(dòng)孔修復(fù)

中圖分類號(hào)：TM315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）01-0133-02

1? 概況

偏航系統(tǒng)是風(fēng)機(jī)重要組成部分，是風(fēng)機(jī)對風(fēng)的重要裝置，確保風(fēng)機(jī)一直保持在迎風(fēng)位置，以保證風(fēng)機(jī)能夠持續(xù)處于最優(yōu)發(fā)電狀態(tài)，偏航系統(tǒng)的工作方式一般通過偏航驅(qū)動(dòng)小齒輪帶動(dòng)偏航軸承內(nèi)齒，進(jìn)而完成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航工作，偏航驅(qū)動(dòng)裝置安裝在機(jī)艙鑄件驅(qū)動(dòng)孔內(nèi)，在風(fēng)況較差的情況下，風(fēng)機(jī)會(huì)進(jìn)行頻繁的偏航，當(dāng)環(huán)境處于大風(fēng)狀態(tài)下，頻繁的偏航，會(huì)對機(jī)艙鑄件產(chǎn)生沖擊，進(jìn)而造成驅(qū)動(dòng)孔的變形，導(dǎo)致齒輪無法正常嚙合，使偏航系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。在出現(xiàn)變形問題后，一般會(huì)采用更換鑄件的方案，考慮機(jī)艙鑄件更換需要大型吊車進(jìn)行更換，費(fèi)用較高，且耗時(shí)較長，因此本文討論一種在風(fēng)機(jī)頂部機(jī)艙內(nèi)進(jìn)行焊接修復(fù)驅(qū)動(dòng)孔的方案，以提高修復(fù)速度，并節(jié)約維修成本。

2? 焊接試驗(yàn)

機(jī)艙鑄件材質(zhì)為球墨鑄鐵件，由于其含碳量比較高，焊接性能較差，且在風(fēng)機(jī)頂部無法進(jìn)行預(yù)熱，因此在車間采用冷焊的方式對鑄件修復(fù)進(jìn)行焊接驗(yàn)證，以模擬在風(fēng)機(jī)內(nèi)部的焊接效果，并確定相關(guān)焊材選擇及焊接工藝參數(shù)，以便能夠應(yīng)用到風(fēng)機(jī)現(xiàn)場。由于球墨鑄鐵的特性，因此在焊材選擇上，采用Z308手工焊條作為過渡層，并配合A102以及A202不銹鋼手工焊條進(jìn)行覆蓋，既保證鑄件的可焊性，又保證部件的韌性及表面耐磨性。

2.1 模擬現(xiàn)場焊接

模擬試驗(yàn)采用廢棄機(jī)艙鑄件，材質(zhì)為QT400-18AL，驅(qū)動(dòng)孔位置有稍許變形，主要目的為通過該焊接試驗(yàn)驗(yàn)證采用上述三種焊條，并模擬在風(fēng)機(jī)內(nèi)部可執(zhí)行條件下進(jìn)行焊接，檢測焊接是否會(huì)出現(xiàn)裂紋或其他缺陷。

試驗(yàn)環(huán)境：廢棄部件存放車間;氣溫：32℃;空氣濕度較大。

準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備直流電焊機(jī)，然后將3.2mm Z308焊條、3.2mmA102焊條、3.2mmA202焊條，放入保溫桶進(jìn)行烘干、預(yù)熱。

實(shí)施方案：

①將驅(qū)動(dòng)孔位置灰塵、油污清理干凈，然后使用角磨機(jī)將驅(qū)動(dòng)孔需焊接位置打磨平整。②首先焊接過渡層，采用Z308進(jìn)行焊接，為避免焊接過程中可能出現(xiàn)氣孔缺陷，焊接采用由下而上的方案進(jìn)行，焊接速度要求均勻，避免出現(xiàn)溫度過高或過低的情況，導(dǎo)致焊接時(shí)出現(xiàn)裂紋。③在完成一層堆焊之后，使用小錘均勻敲擊表面，清除堆焊表面焊渣，減少焊縫應(yīng)力。④在原堆焊層上進(jìn)行中心層堆焊，并逐層向外堆積，焊接方式按照過渡層堆焊方案進(jìn)行，堆焊層厚以實(shí)際所需為準(zhǔn)，本次堆焊厚度8～10mm，每層堆焊后，采用小錘清除表面焊渣，并減少焊接應(yīng)力。⑤將焊條更換為A102，堆焊表面層，堆焊厚度約3～6mm，并在堆焊完成后，采用小錘清除表面焊渣，減少焊接應(yīng)力。⑥采用A202，堆焊表面層，堆焊厚度約3～6mm，并在堆焊完成后，清除表面焊渣。⑦完成堆焊以后，靜待焊接部位冷卻至常溫，約2～3h，根據(jù)焊接模擬實(shí)驗(yàn)要求，堆焊完成后，不允許采用強(qiáng)制冷卻方案，必要時(shí)可根據(jù)需求進(jìn)行保溫處理;由于進(jìn)行該試驗(yàn)時(shí)氣溫較高，且盡量模擬現(xiàn)場狀況，因此本次不進(jìn)行保溫處理。⑧待整體焊接部位冷卻到室溫后，采用角磨機(jī)打磨焊接表面，要求打磨平整，焊接表面光滑過渡。⑨采用著色探傷劑，對焊接后的表面進(jìn)行探傷，確認(rèn)探傷結(jié)果無裂紋。

模擬現(xiàn)場焊接結(jié)論：采用Z308進(jìn)行焊接，配合A102、A202焊條增加表面強(qiáng)度及耐磨性，能夠?qū)η蚰T鐵形成有效焊接，且不產(chǎn)生裂紋、夾渣等影響質(zhì)量的缺陷。

2.2 焊接工藝驗(yàn)證

通過采用同材質(zhì)的焊接試塊，通過上述模擬試驗(yàn)焊接方法進(jìn)行試塊焊接，并在焊接后進(jìn)行各項(xiàng)力學(xué)性能試驗(yàn)，以檢驗(yàn)采用上述焊接方法所能夠達(dá)到的力學(xué)性能，并與母材進(jìn)行對比，確認(rèn)焊接工藝是否可行。

試驗(yàn)環(huán)境：焊接車間;氣溫：33℃。

準(zhǔn)備工作：準(zhǔn)備鑄件同材質(zhì)焊接試塊2件，尺寸220*

180*80;將兩件試塊對接打磨出V形缺口，準(zhǔn)備直流電焊機(jī)、Z308/A102/A202手工焊條（3.2mm），并將焊條放入烘箱進(jìn)行烘干、保溫。

實(shí)施方案：

①將兩件試塊進(jìn)行銑削加工，使試塊對接處于理想V形坡口位置，并按照前期試驗(yàn)方案，依次采用Z308/A102/A202進(jìn)行焊接。②堆焊后，將前后兩個(gè)端面銑平，將試塊加工為標(biāo)準(zhǔn)焊接式樣，檢查試塊表面是否存在焊接缺陷，并通過超聲波探傷設(shè)備進(jìn)行探傷，確認(rèn)焊縫內(nèi)部是否存在缺陷。③根據(jù)偏航驅(qū)動(dòng)孔受力特性，因此針對焊接試塊進(jìn)行抗拉、沖擊、屈服強(qiáng)度試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)需求，在焊接試塊上進(jìn)行取樣。④對完成取樣的焊接試塊，分別進(jìn)行抗拉、沖擊、屈服等性能驗(yàn)證。

焊接工藝驗(yàn)證結(jié)論：通過對試塊的焊接，焊后未出現(xiàn)裂紋，抗拉強(qiáng)度與母材相比偏弱，斷裂于焊縫融合區(qū)，考慮原因?yàn)閆308焊材強(qiáng)度較低所致。但由于驅(qū)動(dòng)孔位置主要為抗壓、抗扭，而焊接試樣屈服強(qiáng)度相對較高，因此認(rèn)為，該焊接能夠滿足現(xiàn)場需求。

3? 現(xiàn)場焊接及修復(fù)驗(yàn)證

現(xiàn)場焊接選擇某風(fēng)電場其中一臺(tái)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)偏航驅(qū)動(dòng)孔破損的情況，該孔由于偏航小齒輪嵌入，導(dǎo)致破損較為嚴(yán)重，因此針對該孔的修復(fù)及驗(yàn)證，有較大的參照意義。

3.1 焊接實(shí)施

焊接驗(yàn)證環(huán)境：風(fēng)機(jī)頂部機(jī)艙鑄件內(nèi);氣溫：35℃;空氣濕度較大。

準(zhǔn)備工作：將所需電焊機(jī)、烘筒、焊條、以及修磨設(shè)備通過電動(dòng)葫蘆運(yùn)送到機(jī)艙內(nèi)，并按照需求連接電焊機(jī)，并將手工焊條放入烘筒進(jìn)行烘干保溫。

①清理：首先使用抹布及清洗劑，將破損位置清理干凈，并使用角磨機(jī)打磨平整，打磨后要求表面平滑過渡，且表面無油污等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。

②按照模擬現(xiàn)場試驗(yàn)方法，使用電焊機(jī)及烘干后的焊條對驅(qū)動(dòng)孔進(jìn)行焊接修復(fù)，按照Z308/A102/A202順序依次焊接，將缺陷位置焊接完畢，焊接總厚度略高于原驅(qū)動(dòng)孔表面，以便后續(xù)進(jìn)行內(nèi)孔修磨。

3.2 修磨驗(yàn)證

驅(qū)動(dòng)孔的修磨，應(yīng)保證端面的平面度以及端面與內(nèi)孔之間的垂直度，因風(fēng)機(jī)頂部采用機(jī)械加工方案較為復(fù)雜，且機(jī)械加工設(shè)備較重，因此本次修磨計(jì)劃采用手工修磨方案實(shí)施，并驗(yàn)證修磨效果，能否達(dá)到安裝需求。

①修磨內(nèi)孔，內(nèi)孔修復(fù)以未變形驅(qū)動(dòng)面為基準(zhǔn)，使用手動(dòng)工具打磨內(nèi)孔面，在內(nèi)孔面選擇一點(diǎn)，并按照5～10mm進(jìn)行分度，并采用靠尺及塞尺檢查內(nèi)孔修磨狀態(tài)，要求在未變形基準(zhǔn)面上，修復(fù)后的表面無超過0.05mm的凸起或凹陷。整圈修磨完畢后，采用內(nèi)孔校檢工裝檢查內(nèi)孔面是否打磨均勻。為避免打磨過度，每次打磨厚度應(yīng)盡量保持在較小狀態(tài)，并及時(shí)采用檢查工具校驗(yàn)修磨后的表面。②修磨端面，待內(nèi)孔修復(fù)完畢后，按照原分度尺寸，先采用靠尺檢查內(nèi)孔與端面的垂直度，要求端面平整，0.05mm塞尺不過，若出現(xiàn)超差，則采用手動(dòng)工具打磨端面，要求整圈打磨平整。③打磨完成后，將端面涂抹紅丹粉，并在整圈進(jìn)行涂抹，涂抹后采用端面校檢工裝檢查端面平面度，確認(rèn)修磨后的表面高點(diǎn)以及低點(diǎn)，通過逐步打磨及校驗(yàn)，提高驅(qū)動(dòng)孔端面平面度，并最終以校檢工裝沾染紅丹粉顏色比例為準(zhǔn)，要求著色比例不低于95%。

3.3 表面探傷

待修磨完成之后，通過著色探傷劑進(jìn)行表面攤上，探傷表面無裂紋，確認(rèn)焊接修復(fù)的可靠性。

4? 修復(fù)后驗(yàn)證

該驅(qū)動(dòng)孔修復(fù)完畢后，重新安裝偏航驅(qū)動(dòng)，并順利完成偏航齒側(cè)間隙的調(diào)整，風(fēng)機(jī)已經(jīng)有效恢復(fù)正常運(yùn)行。

5? 總結(jié)

通過相關(guān)試驗(yàn)以及風(fēng)場驗(yàn)證可知，采用球墨鑄鐵的鑄件，可以通過冷焊的方式進(jìn)行施工，并取得良好的焊接效果。且在不采用機(jī)加工方案的情況下，通過手工修磨能夠達(dá)到良好的修復(fù)效果。對于降低風(fēng)機(jī)檢修成本，提高檢修效率，具有較大意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊炎鋼.淺談風(fēng)機(jī)機(jī)艙偏航驅(qū)動(dòng)孔的修復(fù)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017.